基于瞬心法原理滚切剪剪切机构运动分析.ppt

DHI· DCW DHI·DCW 摘要 摘要： 滚切式定尺剪是国内、外宽厚板生产线上一种新兴的机型。滚切式定尺剪是利用上剪刃滚动的原理来实现剪切。设计方法主要是剪切机构运动轨迹的分析与确定，而瞬心法概念的提出，可以使我们更加精确的绘出滚切机构的运动轨迹，再通过解析方程建立起机构运动轨迹模型，并通过计算机软件进行求解，为滚切剪的设计提供强有力的理论支持。 关键词：滚切剪；运动分析；瞬心线。 0 引言 0 引言 滚切式定尺剪的工作原理是圆弧形的上剪刃沿平直的下剪刃做竖直的上下运动和水平滚动的复合运动。滚切剪的运动可分为切入、滚切和复位三个阶段。我们对滚切式定尺剪轨迹的分析主要是对滚切阶段的轨迹进行分析。在滚切阶段，要尽可能的保证上、下剪刃重叠量一致，上剪刃要尽可能的做纯滚动剪切，这样才能提高剪切质量，减小剪切力，提高剪刃的使用寿命。以往我们研究滚切式定尺剪的轨迹主要采用Solidg Edge等软件对其轨迹进行仿真，但这仅能够完成对滚切式定尺剪剪切轨迹的分析，还不能对其轨迹进行优化。大连理工大学王德伦教授提出了确定滚切轨迹的瞬心法理论，利用瞬心理论对滚切剪机构的运动特性作了深入分析，再建立机构运动的闭环矢量方程数学模型，并用MATLAB对方程进行求解，最终可精确的计算出剪刃的剪切轨迹。利用瞬心线的纯滚动理论（即滚切式定尺剪做纯滚动），利用集合法，最终实现剪切机构的各关键参数进行优化，完成方案设计。我们还与大连理工大学一起，共同编制了《滚切式定尺剪机构设计软件》，可直观的描绘出滚切剪的工作特性曲线，并可对剪切机构进行参数优化。 　　1.1 滚切式定尺剪的工作原理 滚切式定尺剪结构如图1所示，电机通过复合减速机驱动两根曲轴做同速同向转动，两根曲轴偏心始终保持衡定的向位差。两根连杆上端与曲轴铰接，下端与上刀架铰接。当曲轴转动时，通过连杆带动上刀架做滚动运动。在上刀架与机架间还设有一根控制摇杆，用来控制上刀架运动，使其轨迹变为唯一。 1 滚切式定尺剪运动分析 图1 滚切式定尺剪 1.2 滚切式定尺剪剪切机构运动数学模型的建立 由图1可做出滚切式定尺剪的机构矢量图，如图2所示。我们分别在机架上建立固定坐标和上刀体平面上建立活动坐标系 ，并对各杆件的位置进行矢量化。由于是基于现有资料对滚切式定尺剪的轨迹进行分析，所以图2中杆件l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7、l8、l9、l10、l11长度均已知。 由图2，可列找出两个矢量闭环，即闭环HGDEFKH和闭环HGCBAFKH组成，针对每一闭环，列出闭环矢量方程：  用欧拉公式将（3）、（4）展开，并分离虚、实部得到方程： (5) (6) 将（1）、（2）以复数形式表示为： (3) (4) 环HGDEFKH: (1) 环HGCBAFKH： (2) 1 滚切式定尺剪运动分析 图2 滚切式定尺剪机构矢量图 （5）、（6）包括四个实数方程，由于方程的非线性，无法得到显式解。只能通过Matlab软件，给出的一系列离散值，求出其它未知量。 1.3 坐标变换 为了得到上剪刃在固定坐标系中的轨迹，在上刀架运动平面内建立了动坐标系，如图2所示。在剪切运动过程中动坐标系可视为定坐标系平移HG并逆时针旋转角度得到，所以动坐标系相对于定坐标系的变换矩阵为： (7) 1 滚切式定尺剪运动分析 式中： Cm——为动坐标系相对定坐标系的坐标旋转矩阵。 所以，对上刀架上任意一点K在动坐标系中的坐标为（，），则该点在定坐标系中的坐标（x，y）为： 即: (8) 运用MATLAB中的GUI技术对上面的数学模型开发了人机操作界面，如图3。 2 程序实现及算例分析 在运动分析的操作窗口中输入相关数据，图4中为国内某钢厂3500mm滚切式定尺剪的数据。在设